Несколько миллиардов лет назад, когда недавно сформировавшаяся планета Земля остыла после долгого и жестокого периода тяжелых метеоритных бомбардировок, лужи первичной грязи начали циркулировать с химическими предшественниками жизни.
Сегодня ученые разрабатывают химические реакции, имитирующие раннюю Землю, не только для того, чтобы узнать, как развивалась жизнь, но и для того, чтобы открыть новые возможности для современной медицины.
«Если вы сможете получить химические вещества, которые кодируют информацию, тогда, возможно, вы сможете разработать новые лекарства», - говорит Джон Инь, профессор химической и биологической инженерии в Университете Висконсин-Мэдисон.
В статье, недавно опубликованной в журнале Origins of Life and Evolution of Biospheres, Инь и его коллеги описали начальные шаги к созданию химических соединений, которые кодируют информацию в различных условиях, которые могут имитировать среду доисторической Земли.
«Я рассматриваю это как системную химию», - говорит Инь. «Как нам взять химические вещества, купленные в магазине, и скомбинировать их таким образом, чтобы они проявляли эмерджентные свойства, такие как способность хранить информацию или копировать себя?»
Соединения, которые исследователи объединили, представляли собой молекулы, называемые аминокислотами, которые являются молекулярными строительными блоками для белков, выполняющих большую часть структурной и химической работы внутри живых клеток. Существует 20 различных аминокислот, которые объединяются, образуя необходимые для жизни белки, но Инь и его коллеги сосредоточились только на двух: аланине и глицине, которые являются одними из самых простых примеров этих молекул.
Также в смеси была молекула энергии под названием трифосфат, которая, как полагают, была доступна на ранней Земле.
Исследователи «приготовили» смесь при различных температурах и различных кислых условиях. В смесях без молекулы энергии аминокислоты соединялись вместе только в самых жарких и суровых условиях. Однако в присутствии трифосфата короткие цепи аланина и глицина образовывались при более умеренных температурах.
«Трифосфат облегчает реакции в условиях, в которых существует большая часть жизни», - говорит Инь.
Любопытно, что сочетание аланина и глицина не случайно. Вместо этого аминокислоты соединяются в цепочки с определенной последовательностью в зависимости от температуры и pH.
«Мы показали, что вы являетесь продуктом своего окружения», - говорит Инь.
Ключом к исследованию была возможность определить состав различных аминокислотных цепей с помощью сложной аналитической химии. Для молекулярных характеристик Инь сотрудничал с Линджуном Ли, профессором фармации и химии Университета Вашингтона в Мэдисоне.
«Люди готовят аминокислоты с 1940 года или около того, - говорит Инь. «Но теперь мы можем определить, что там на самом деле».
То, что они определили, намекает на первые проблески хранения информации, возникшие так много миллиардов лет назад.
Ученые предполагают, что с увеличением времени «приготовления» может появиться еще большая сложность. Их реакции продолжались всего 24 часа - простое мгновение по сравнению с историей планеты. Кроме того, ученые планируют добавить в смесь большее разнообразие молекул.
В конце концов, они надеются создать смеси, в которых сложные молекулы спонтанно объединяются из более простых компонентов и создают самостоятельные химические реакции, которые взаимодействуют и подпитывают друг друга.
Эти реакции могут содержать ключи к созданию новых лекарств или более эффективному синтезу существующих соединений.
"Мы придумаем, как закрыть петлю", - говорит Инь.